導(dǎo)語(yǔ)：汽車電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:相比于傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng),電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(Electro-mechanicalBrakingSystem,EMB)具有制動(dòng)性能更優(yōu)、結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單緊湊、不會(huì)污染環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。分別對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)器執(zhí)行器技術(shù)、制動(dòng)控制技術(shù)以及線控制動(dòng)踏板技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié),指出電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)還存在的問(wèn)題,對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向給出預(yù)測(cè),對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞:汽車;電子機(jī)械制動(dòng);執(zhí)行器;控制技術(shù);線控制動(dòng)踏板

電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)屬于線控制動(dòng)系統(tǒng)的一種,其通過(guò)線束傳遞制動(dòng)信號(hào)和制動(dòng)能量,線控技術(shù)的使用使得制動(dòng)系統(tǒng)拋棄了原有的復(fù)雜而又承重的液壓管路和元件,整個(gè)系統(tǒng)的電子化、集成化能力更強(qiáng)。對(duì)于汽車上現(xiàn)在應(yīng)用的所有制動(dòng)和穩(wěn)定功能都要求制動(dòng)力的穩(wěn)定性和精確性,電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)制動(dòng)電機(jī)的精確控制實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的穩(wěn)定輸出。且可以通過(guò)在控制器中添加制動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)更多的功能,無(wú)需再額外配置復(fù)雜的液壓管路和機(jī)械部件[1-2]。根據(jù)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)可將線控制動(dòng)系統(tǒng)分為兩大類:電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)(Electro-hydrau-licBrake,EHB)和電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)(Electro-mechani-calBrake,EMB)[3]。后者相對(duì)于前者實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)結(jié)構(gòu)的全機(jī)械化,具有制動(dòng)更快、效果更好的特點(diǎn)是線控制動(dòng)系統(tǒng)的最終形態(tài)。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)可以分成5個(gè)組成模塊:(1)線控制動(dòng)踏板模塊,主要由踏板位移傳感器和制動(dòng)感覺(jué)模擬器兩部分構(gòu)成,負(fù)責(zé)采集踏板位置和變化速度等信息;(2)中央電子控制模塊,接收踏板位移傳感器感知的踏板位置和變化速度等信息,經(jīng)過(guò)信號(hào)處理分析決策后產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)信號(hào);(3)車輪制動(dòng)模塊,由制動(dòng)執(zhí)行器、執(zhí)行器控制單元以及相關(guān)傳感器構(gòu)成,將制動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的制動(dòng)動(dòng)作;(4)車載電源,為電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)供電,主要是為制動(dòng)電機(jī)以及系統(tǒng)傳感器等提供電能;(5)車載計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)車輪制動(dòng)模塊和中央電子控制模塊以及線控制動(dòng)踏板模塊的通信[4-7]。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中車輪制動(dòng)模塊、中央電子控制模塊以及線控制動(dòng)踏板模塊是系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn),也是提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵點(diǎn)。本文作者將從EMB執(zhí)行器技術(shù)、制動(dòng)控制技術(shù)以及線控制動(dòng)踏板技術(shù)3個(gè)方面進(jìn)行分析。

1EMB執(zhí)行器技術(shù)

制動(dòng)執(zhí)行器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一,通常由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、增力裝置、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置和制動(dòng)鉗體四部分構(gòu)成?，F(xiàn)有的制動(dòng)執(zhí)行器主要運(yùn)用行星齒輪機(jī)構(gòu)、增力杠桿機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)或楔形機(jī)構(gòu)作為增力裝置。運(yùn)用滾珠絲杠機(jī)構(gòu),偏心輪機(jī)構(gòu)或齒輪齒條機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。通常根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的布置位置將執(zhí)行器分成內(nèi)置和外置兩大類[8-9]。主要有以下幾種具有代表性的結(jié)構(gòu):ContinentalTeves公司的Drott,RIETH等[10]在2001年申請(qǐng)了電子機(jī)械制動(dòng)器結(jié)構(gòu)專利。采用了滾珠絲杠加行星齒輪組合的方式并驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)置方式,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)之后經(jīng)過(guò)行星齒輪系的兩級(jí)減速后由行星架輸出轉(zhuǎn)矩,行星架帶動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng),最后由頂桿推動(dòng)制動(dòng)塊壓緊制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)制動(dòng),反之則解除制動(dòng)。設(shè)計(jì)棘輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)的功能。該方案需要手動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙,電機(jī)外置式設(shè)計(jì)使得整個(gè)機(jī)構(gòu)軸向尺寸較大。西門子公司采用了滾珠絲杠和增力杠桿組合的結(jié)構(gòu)[11],該方案采用電機(jī)內(nèi)置將電機(jī)與滾珠絲杠融合在一起,當(dāng)通電時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)作為絲杠帶動(dòng)螺母水平位移,螺母與心軸相連,心軸也隨之運(yùn)動(dòng),心軸上的力經(jīng)過(guò)增力杠桿被增大,力和位移經(jīng)過(guò)傳動(dòng)套筒和制動(dòng)活塞傳遞到制動(dòng)鉗塊,制動(dòng)鉗塊在力和位移的作用下夾緊制動(dòng)盤完成制動(dòng)。由于使用增力杠桿使得該結(jié)構(gòu)具有自動(dòng)間隙調(diào)整的功能。西門子VDO公司采用楔形結(jié)構(gòu)作為增力裝置[12]。系統(tǒng)采用兩臺(tái)對(duì)置式的電機(jī)作為動(dòng)力源,制動(dòng)時(shí)兩臺(tái)電機(jī)以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使推塊朝主動(dòng)楔形塊小端方向運(yùn)動(dòng),主動(dòng)楔形塊的運(yùn)動(dòng)使得從動(dòng)楔形塊和與之固接的制動(dòng)塊產(chǎn)生向上位移壓緊制動(dòng)盤完成制動(dòng),反之朝楔形塊大端方向運(yùn)動(dòng)制動(dòng)解除。該方案采用楔形塊作為自增力機(jī)構(gòu)具有巨大的增益系數(shù),采用了雙電機(jī)結(jié)構(gòu)降低單個(gè)電機(jī)的功率要求。但由于楔形機(jī)構(gòu)巨大的增益系數(shù),為保證制動(dòng)力的精確穩(wěn)定,對(duì)電機(jī)的控制精度的要求也相對(duì)比較高。Bosch公司的KELLER[13]在2001年申請(qǐng)了帶有電磁離合器的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)。該方案屬于電機(jī)外置式,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通電時(shí)電機(jī)輸入軸帶兩級(jí)行星輪系運(yùn)動(dòng),動(dòng)力經(jīng)過(guò)行星輪系后傳遞給心軸,心軸帶動(dòng)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)完成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程,最終由絲杠螺母推動(dòng)制動(dòng)鉗塊壓緊制動(dòng)盤完成整個(gè)制動(dòng)過(guò)程。通過(guò)一個(gè)杯形彈簧將摩擦盤與二級(jí)行星輪系的太陽(yáng)輪連接在一起,摩擦盤與二級(jí)行星輪系的行星齒圈以同樣的方式固接。該方案通過(guò)使用兩套電磁離合器,實(shí)現(xiàn)減速增矩、調(diào)整制動(dòng)間隙、實(shí)現(xiàn)駐車等功能。清華大學(xué)的宋健團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一種采用曲柄連桿結(jié)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的EMB制動(dòng)器,曲柄連桿結(jié)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠絼?dòng)推動(dòng)制動(dòng)塊壓緊制動(dòng)片。同時(shí)利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)附近整個(gè)機(jī)構(gòu)有非常大的力增益系數(shù)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)力放大作用。該方案對(duì)加工裝配的精度要求較高,容易出現(xiàn)制動(dòng)時(shí)卡死的現(xiàn)象,且機(jī)構(gòu)不具備自動(dòng)間隙調(diào)整的功能[14]。北京理工大學(xué)的沈沉團(tuán)隊(duì)在2007年提出了一種電子機(jī)械盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)。它的最大特點(diǎn)就是模塊化,整個(gè)機(jī)構(gòu)又可分為:驅(qū)動(dòng)部分、一級(jí)減速部分、滾珠絲杠螺旋傳動(dòng)部分[15]。吉林大學(xué)的李靜團(tuán)隊(duì)在2008設(shè)計(jì)了一款EMB制動(dòng)器,該制動(dòng)器結(jié)構(gòu)上也采用了行星齒輪與滾珠絲杠組合的形式[16]。這兩種結(jié)構(gòu)與ContinentalTeves公司執(zhí)行器結(jié)構(gòu)類似,區(qū)別在于結(jié)構(gòu)只采用了一級(jí)行星齒輪系進(jìn)行減速增距。2010年同濟(jì)大學(xué)的劉志乙團(tuán)隊(duì)在制動(dòng)器結(jié)構(gòu)加入了電磁離合銷實(shí)現(xiàn)了幾種不同的工作模式,實(shí)現(xiàn)了減速器減速比改變,且具有間隙自動(dòng)調(diào)整和制動(dòng)力保持功能[17]。該結(jié)構(gòu)與Bosch公司結(jié)構(gòu)有異曲同工的效果,都是通過(guò)電磁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的制動(dòng)效果,但相對(duì)而言結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?，F(xiàn)階段就市場(chǎng)的占有率而言電子機(jī)械制動(dòng)器主流設(shè)計(jì)方案是以ContinentalTeves為代表的行星齒輪和滾珠絲杠相配合的設(shè)計(jì)方案,該方案結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、減速比較大,對(duì)電機(jī)的要求不高,能夠?qū)崿F(xiàn)行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)兩個(gè)功能,技術(shù)成熟、性價(jià)比較高。較具發(fā)展?jié)摿Φ姆桨甘且晕鏖T子為代表的具有自增力效應(yīng)的電子楔形制動(dòng)器方案,該方案采用兩個(gè)電機(jī),降低了對(duì)電機(jī)性能的要求,提高了系統(tǒng)安全性,楔形機(jī)構(gòu)制動(dòng)效果顯著,整體機(jī)構(gòu)緊湊,機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)較少便于裝配。綜合多種制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)可以得出,現(xiàn)階段制動(dòng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、便于控制、整體空間結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸盡量小便于安裝,制動(dòng)間隙能自動(dòng)調(diào)整。但是以上兩種方案都無(wú)專門的間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,是以后需要改進(jìn)的地方。

2EMB控制技術(shù)

控制方法是整個(gè)控制系統(tǒng)的靈魂,好的控制方法可以優(yōu)化系統(tǒng)硬件的不足,最大限度地提高控制系統(tǒng)的精度,控制算法的優(yōu)劣直接決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的品質(zhì),國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)展開了大量的研究[9]。在制動(dòng)器控制方面,清華大學(xué)的張猛[18]采用一種開環(huán)控制方法對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力矩隨制動(dòng)踏板位移線性增加。該控制方法以電機(jī)的電流-力矩特性為依據(jù),運(yùn)用較少的傳感器實(shí)現(xiàn)了壓力平穩(wěn)輸出,但其無(wú)制動(dòng)壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)的反饋,因此控制效果較差,執(zhí)行器動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。為了提高控制的精度實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的精確輸出,需要設(shè)計(jì)具有反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。針對(duì)EMB制動(dòng)執(zhí)行器最重要的控制變量制動(dòng)力或制動(dòng)力矩,李暉暉團(tuán)隊(duì)在運(yùn)用于飛機(jī)上的EMB執(zhí)行器控制中使用了力矩閉環(huán)控制技術(shù)[19],采集制動(dòng)力矩作為控制系統(tǒng)的反饋信號(hào),與其目標(biāo)值做差后經(jīng)過(guò)算法計(jì)算出執(zhí)行器電機(jī)的輸入信號(hào),屬于一種單閉環(huán)控制方法。要想提高控制性能需要增加反饋環(huán)的數(shù)量提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)。ChristofMaron團(tuán)隊(duì)針對(duì)制動(dòng)力控制采用了制動(dòng)力-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制,并且在1995年建立了專門用于EMB控制算法開發(fā)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),研究了電子控制單元的開發(fā)、執(zhí)行器建模、制動(dòng)力控制、制動(dòng)間隙管理、ABS功能實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題[20]。達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的Ralf-Schwarz團(tuán)隊(duì)提出了一種電子機(jī)械制動(dòng)的力-轉(zhuǎn)速-電流三閉環(huán)串聯(lián)PI控制方法,該方法基于制動(dòng)力傳感器搭建閉環(huán)反饋控制模型,將電流控制回路、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路以及制動(dòng)力控制回路進(jìn)行串聯(lián),系統(tǒng)的響應(yīng)速度得到提高[21]。對(duì)于閉環(huán)反饋控制優(yōu)化方面,墨爾本大學(xué)的ChrisLine團(tuán)隊(duì)在三閉環(huán)PI反饋控制的基礎(chǔ)上對(duì)控制體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),加入增益調(diào)度、摩擦補(bǔ)償和反饋線性技術(shù),實(shí)現(xiàn)了模型預(yù)測(cè)控制,優(yōu)化了制動(dòng)器飽和、負(fù)載相關(guān)摩擦和非線性剛度對(duì)制動(dòng)性能的影響,更好地利用了電機(jī)轉(zhuǎn)矩[22]。由于壓力傳感器成本高、安裝困難且在高溫狀態(tài)下精度很低,因此在閉環(huán)反饋控制中摩擦力和夾緊力的估算方法十分重要。SCHWARZ團(tuán)隊(duì)利用電機(jī)角位移與夾緊力的關(guān)系提出了夾緊力估計(jì)方法;此外,還考慮了補(bǔ)償方法,以調(diào)整因磨損而產(chǎn)生的摩擦片厚度的變化,該方法是利用了夾緊和釋放過(guò)程中的平均扭矩,不需要考慮摩擦力[23]。HOSEINNEZHAD團(tuán)隊(duì)提出了另一種利用電機(jī)角位移與夾緊力在頻域關(guān)系的方法。該方法可用于要求具有快速響應(yīng)特性的系統(tǒng),如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)[24]。但以上兩種方法均不考慮齒輪的齒隙,因此存在一定的誤差。針對(duì)上面夾緊力估算方法所存在的問(wèn)題,KI團(tuán)隊(duì)提出了一種基于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的夾緊力估計(jì)算法,該算法將制動(dòng)時(shí)夾緊和松開動(dòng)作的遲滯特性考慮了進(jìn)去使得算法的精度更高[25]。JO團(tuán)隊(duì)利針對(duì)行星齒輪減速器摩擦特性提出了一種新的制動(dòng)力估計(jì)算法,提高了反饋控制中夾緊力估算的準(zhǔn)確度提高了控制精度[26]。PARK和CHOI基于一種具有自適應(yīng)律的自適應(yīng)滑?？刂品椒▉?lái)減小摩擦力矩模型的誤差,是一種通過(guò)精細(xì)的曲線擬合對(duì)制動(dòng)器制動(dòng)力進(jìn)行估計(jì)的算法[27]。對(duì)于以上提到的閉環(huán)控制主要是通過(guò)增加封閉環(huán)的數(shù)量,并將多個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)提高控制的精度,各閉環(huán)大多采用PID控制算法。但是PID算法具有一定的局限性,當(dāng)系統(tǒng)工況變化時(shí),單一的PID控制方法無(wú)法保證系統(tǒng)控制精度。此時(shí)需要加入其他控制方法對(duì)PID控制進(jìn)行整定。吉林大學(xué)的楊坤等人進(jìn)行了基于EMB的EBD/EBS控制系統(tǒng)的研究,為實(shí)現(xiàn)ABS功能采用了模糊PID控制,通過(guò)模糊控制器得到比例、積分、微分參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同工況下的控制要求[28]。吉林大學(xué)的唐亮,選定以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定PI作為EMB的控制方式實(shí)現(xiàn)ABS功能,主要是通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力完成對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加權(quán)系數(shù)調(diào)整,利用不斷優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)PI控制器參數(shù)的整定[29]。韓國(guó)的KIM等2018年在EMB系統(tǒng)中應(yīng)用了仿生控制策略,以基于PI的級(jí)聯(lián)控制作為基準(zhǔn)應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了腦邊緣系統(tǒng)控制參數(shù),經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證了新算法能有效改善EMB控制系統(tǒng)的性能[30]。為了提升車輛基于EMB的各制動(dòng)及車身穩(wěn)定功能的性能,需要對(duì)控制技術(shù)的不斷優(yōu)化改進(jìn),縱觀控制技術(shù)的發(fā)展歷程需要朝著精度更高、適應(yīng)性更強(qiáng)、制動(dòng)性能更穩(wěn)定、響應(yīng)速度更快、成本更低的方向不斷進(jìn)步,并通過(guò)更優(yōu)的控制方法解決一些現(xiàn)階段難以解決的問(wèn)題。

3線控制動(dòng)踏板技術(shù)

線控制動(dòng)踏板可以看作是整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生裝置,采集駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),信號(hào)以電信號(hào)的形式傳送到制動(dòng)控制單元,控制器根據(jù)接收到的電信號(hào)控制執(zhí)行器完成車輛的制動(dòng)。結(jié)構(gòu)上由機(jī)械部分和傳感器部分組成。對(duì)于線控制動(dòng)踏板的研究主要包括制動(dòng)踏板感覺(jué)、制動(dòng)感覺(jué)模擬器以及制動(dòng)意圖識(shí)別三方面的研究。

3.1制動(dòng)踏板感覺(jué)與模擬器研究

制動(dòng)踏板感覺(jué)的目的是給駕駛員以傳統(tǒng)制踏板類似的制動(dòng)感覺(jué),將制動(dòng)情況間接反饋給駕駛員,消除制動(dòng)時(shí)的不適感,研究表明線控制動(dòng)踏板感覺(jué)模擬器的引入降低了事故發(fā)生的概率,國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究?jī)?nèi)容歸納起來(lái)可以分為以下幾方面:如何將駕駛員主觀感覺(jué)與車輛中影響踏板感覺(jué)的客觀參數(shù)聯(lián)系起來(lái),即什么樣的踏板感覺(jué)才是好的踏板感覺(jué),以及踏板模擬器的設(shè)計(jì)開發(fā)等[31-32]。1994年,通用公司的EBERT和KAATZ提出了制動(dòng)感覺(jué)指數(shù)(BFI)用于主觀評(píng)價(jià)制動(dòng)踏板感覺(jué),該指數(shù)通過(guò)對(duì)踏板力和踏板位移等參數(shù)分別賦予相應(yīng)的權(quán)重最后相加得到[33]。DAIROU和PRIEZ在2003年通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到制動(dòng)踏板特性曲線,開發(fā)制動(dòng)感覺(jué)的預(yù)測(cè)模型,使得可以從制動(dòng)規(guī)律定性預(yù)測(cè)制動(dòng)的感覺(jué)特征[34]。遼寧工業(yè)學(xué)院王天利團(tuán)隊(duì)利用AMESim軟件建立傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)模型并且通過(guò)仿真得到反映制動(dòng)踏板感覺(jué)的關(guān)系曲線[35]。吉林大學(xué)鄭宏宇團(tuán)隊(duì)針對(duì)傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)車踏板力與踏板行程關(guān)系設(shè)計(jì)了一種踏板力模擬算法,該算法描述了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中踏板力與行程之間的關(guān)系。并對(duì)算法進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明該算法能比較精確地模擬出傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)踏板力,該方法對(duì)于線控制動(dòng)系統(tǒng)中踏板力模擬具有一定實(shí)用性[36]。同濟(jì)大學(xué)的孟德建團(tuán)隊(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)了一套用于乘用車制動(dòng)踏板感覺(jué)試驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)制動(dòng)踏板感覺(jué)影響的關(guān)鍵因素進(jìn)行了研究,該試驗(yàn)臺(tái)架的使用很好地彌補(bǔ)了制動(dòng)踏板感覺(jué)整車試驗(yàn)和評(píng)價(jià)的不足[37]。制動(dòng)踏板感覺(jué)的研究為線控制動(dòng)的感覺(jué)模擬器的設(shè)計(jì)提供了理論支持和試驗(yàn)基礎(chǔ)。南京航空航天大學(xué)的金智林設(shè)計(jì)了一種制動(dòng)踏板模擬器,該模擬器通過(guò)進(jìn)、出油電磁閥控制實(shí)現(xiàn)制動(dòng)感覺(jué)的模擬,控制方法方面采用踏板特性跟蹤的PID控制策[38]。王奎洋團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種采用磁流變液體的制動(dòng)踏板感覺(jué)模擬器,通過(guò)改變磁流變液體外部磁場(chǎng)強(qiáng)弱從而實(shí)現(xiàn)不同的踏板感覺(jué)[39]。Delphi公司汽車底盤部門的ZEHNDER、KANETKAR和OSTERDAY設(shè)計(jì)了一種采用橡膠彈簧的制動(dòng)踏板感覺(jué)模擬器,該模擬器與主缸集成為一體,通過(guò)橡膠彈簧不同壓縮程度具有不同彈性模量的特點(diǎn)模擬了傳統(tǒng)車輛制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)感覺(jué)[40]。吉林大學(xué)初亮團(tuán)隊(duì)提出了一種帶有增壓模擬器的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)硬件方案,根據(jù)開發(fā)的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中各個(gè)狀態(tài)下的部件控制過(guò)程,結(jié)合需求極限流量及輪缸壓力與體積對(duì)應(yīng)關(guān)系完成對(duì)模擬器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)匹配,該套制動(dòng)系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)電-液制動(dòng),并且可以很好地模擬制動(dòng)踏板感覺(jué)[41]。

3.2制動(dòng)意圖識(shí)別

制動(dòng)意圖識(shí)別是指當(dāng)駕駛員對(duì)踏板做出動(dòng)作后,根據(jù)踏板的開度和開度變化率等參數(shù)選擇合適的參數(shù)對(duì)駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行判斷的過(guò)程[42]。制動(dòng)意圖屬于駕駛意圖的一部分,它反映了駕駛員對(duì)于車輛制動(dòng)的需求,只有正確識(shí)別出駕駛員的制動(dòng)意圖,才能保證車輛的安全性能。制動(dòng)意圖識(shí)別的目的為了準(zhǔn)確制動(dòng)減小制動(dòng)距離,也為再生制動(dòng)和摩擦制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制提供制動(dòng)強(qiáng)度信息,其有利于制動(dòng)力協(xié)調(diào)控制兼顧能量回收效率和制動(dòng)安全性[43]。對(duì)于制動(dòng)意圖識(shí)別的控制方法,由于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都建立在被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型之上,根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及需求的性能指標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律,進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于制動(dòng)踏板開度與總制動(dòng)力存在非線性的關(guān)系,所以制動(dòng)過(guò)程的有關(guān)參數(shù),如車速、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板開度等都是隨機(jī)變量,具有時(shí)變性及非線性等特點(diǎn)[44]。因此建立制動(dòng)踏板開度、開度變化率與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系這一精確的數(shù)學(xué)模型困難很大。這樣,就難以通過(guò)自動(dòng)控制對(duì)駕駛員的制動(dòng)意圖進(jìn)行精確識(shí)別。針對(duì)這種情況制動(dòng)意圖識(shí)別通常使用邏輯門限法[45]、頻域建模法、模糊邏輯法[46-47]或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[48]?；谝?guī)則的邏輯門限控制策略的門限值事先已經(jīng)設(shè)定好并且是固定值,制動(dòng)踏板給出踏板行程和踏板速度兩個(gè)參數(shù),然后結(jié)合車速等信息根據(jù)規(guī)則得到需要輸出的制動(dòng)力大小控制制動(dòng)電機(jī)輸出制動(dòng)力,該方法控制精度以及對(duì)于工況和參數(shù)改變時(shí)的適應(yīng)能力都比較差。頻域建模法需要具有明確的物理模型,該方法辨識(shí)過(guò)程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性可靠性較好。但需要對(duì)多變量建立模型,模型龐大建模過(guò)程比較復(fù)雜。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的模型輸入輸出明確,訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可以調(diào)整模型使得模型準(zhǔn)確性提高,但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于模型的物理意義和模型中間層的解釋較難,并且對(duì)于干擾數(shù)據(jù)識(shí)別能力不足。相對(duì)于以上幾種方法模糊邏輯法的物理意義比較明確,通過(guò)語(yǔ)言接近人類想法,但是識(shí)別的精確度不是很好,可以用來(lái)識(shí)別制動(dòng)類型,但對(duì)于具體定量的制動(dòng)意圖識(shí)別則很難有較高的精度[49-50]。駕駛員的制動(dòng)意圖一般通過(guò)駕駛員踩踏踏板的行程、速度和力度等參數(shù)作為判斷依據(jù),選擇參數(shù)的不同往往會(huì)影響制動(dòng)意圖識(shí)別的精確程度因此參數(shù)選擇是十分重要的[51]。林志軒等通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了踏板力只在有限的影響范圍內(nèi)影響了駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別的準(zhǔn)確性,制動(dòng)踏板的速度、加速度受駕駛員駕駛習(xí)慣影響,具有隨機(jī)性,且加速度信號(hào)在制動(dòng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中存在尖峰現(xiàn)象,易造成識(shí)別結(jié)果不準(zhǔn),不宜直接單獨(dú)作為駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別的參數(shù)。制動(dòng)踏板位移是進(jìn)行駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別的最佳參數(shù),其不受駕駛員駕駛習(xí)慣的影響,易測(cè)量,并能真實(shí)反映出駕駛員的制動(dòng)意圖[43,52]。線控制動(dòng)踏板作為整個(gè)電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的人機(jī)交互模塊,需要保證信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和快速性,對(duì)于線控制動(dòng)踏板感覺(jué)模擬器的是提高駕駛員駕駛安全性的重要手段,對(duì)于制動(dòng)意圖識(shí)別方法的研究是保障整個(gè)系統(tǒng)制動(dòng)準(zhǔn)確性關(guān)鍵決定了制動(dòng)性能的好壞,對(duì)于制動(dòng)能量回收以及汽車操控性能均有較大的影響。

4電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展預(yù)測(cè)

現(xiàn)階段電子機(jī)械制動(dòng)還存在以下問(wèn)題需要解決[4,53-57]:(1)執(zhí)行器的能量需求。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用42V的電壓,采用42V的電壓有利于提高執(zhí)行器的性能,而傳統(tǒng)的汽車車載電源一般是12V,42V供電系統(tǒng)帶來(lái)的高壓會(huì)帶來(lái)線路絕緣、耐壓以及電磁干擾等問(wèn)題,也是對(duì)汽車整個(gè)電路系統(tǒng)壽命的一種挑戰(zhàn)。(2)提高力矩電機(jī)性能。保證力矩足夠大,反應(yīng)速度快,體積盡量小巧便于安裝在輪轂狹小的空間內(nèi),長(zhǎng)期工作在“轉(zhuǎn)堵”的惡劣工況下需要進(jìn)一步提高電機(jī)性能的可靠性。(3)性能穩(wěn)定且體積小、靈敏度高的傳感器。因制動(dòng)時(shí)間極短,現(xiàn)階段傳感器存在反應(yīng)較慢、體積偏大不利于在狹小空間安裝的問(wèn)題。(4)為不同的制動(dòng)穩(wěn)定功能設(shè)計(jì)最適合的控制方法。由于車輛制動(dòng)具有非線性以及工況不確定性的特點(diǎn),對(duì)于實(shí)現(xiàn)車輛參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)以及制動(dòng)力的準(zhǔn)確控制,需利用多種控制方法綜合且能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛制動(dòng)的最合適控制,并對(duì)其進(jìn)行不斷地改進(jìn)以提高控制精度。(5)電子制動(dòng)踏板模塊的制動(dòng)意圖識(shí)別精度和準(zhǔn)確性及符合實(shí)際的踏板感覺(jué)模擬器的進(jìn)一步研究。需實(shí)現(xiàn)不同工況下制動(dòng)轉(zhuǎn)向、加速意圖的混合融合且準(zhǔn)確識(shí)別。為了實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)制動(dòng)類似的踏板力反饋,需研發(fā)更符合實(shí)際情況的踏板感覺(jué)模擬器,提高車輛制動(dòng)安全性。電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)使其勢(shì)必取代傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)系統(tǒng),線控技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)品智能化、自動(dòng)化促進(jìn)了電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用速度預(yù)期,符合未來(lái)車輛發(fā)展模塊化、集成化、機(jī)電一體化、智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)。依據(jù)目前EMB技術(shù)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題,其發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)如下:研發(fā)性能穩(wěn)定且體積小、靈敏度高的智能化、適合于車輛制動(dòng)系統(tǒng)使用的傳感器;研究適合各種車輛制動(dòng)工況下的最佳控制方法,使電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力的控制精度和穩(wěn)定性達(dá)到最佳狀態(tài);進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)制動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu),向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、便于控制、整體空間結(jié)構(gòu)緊湊等方向發(fā)展;研究制動(dòng)意圖識(shí)別算法,保證制動(dòng)意圖識(shí)別的準(zhǔn)確性;制動(dòng)感覺(jué)模擬器的研究依舊是一個(gè)具有潛力的方向。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)EMB3個(gè)重要模塊的分析總結(jié),闡述了現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀。指出了EMB系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中所面臨的各種挑戰(zhàn)和未來(lái)的研究方向。制動(dòng)力控制以及制動(dòng)器結(jié)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)性能的決定因素,在不斷優(yōu)化制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的同時(shí),對(duì)合適EMB系統(tǒng)的控制方法需進(jìn)一步研究和改進(jìn),提高控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性;期待性能穩(wěn)定且體積小、靈敏度高的傳感器的研發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用;駕駛員制動(dòng)意圖識(shí)別準(zhǔn)確性有利于提高制動(dòng)力分配的合理性,研究更準(zhǔn)確為駕駛員提供制動(dòng)反饋感覺(jué)的制動(dòng)感覺(jué)模擬器更有利于駕駛?cè)藛T的判斷和操作?？傊?EMB系統(tǒng)的這些技術(shù)的改進(jìn)、優(yōu)化、研究和發(fā)展對(duì)提高汽車行駛安全性能有著重要的價(jià)值和作用,有利于促進(jìn)車輛智能化和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。

作者：鄧美俊 孫仁云 潘湘蕓 何倩 單位：西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院